第六節(jié) 波的干涉
本節(jié)教材分析：
波的干涉是波的一種特殊的疊加現(xiàn)象，所以對波的疊加現(xiàn)象的理解是認(rèn)識波的干涉現(xiàn)象的基礎(chǔ).教材首先講了波的疊加現(xiàn)象，即兩列波相遇而發(fā)生疊加時，對某一質(zhì)點而言，它每一時刻振動的總位移，都等于該時刻兩列波在該質(zhì)點引起的位移的矢量和.
在學(xué)生理解波的疊加的基礎(chǔ)上，再進一步說明在特殊情況下，即當(dāng)兩列波的頻率相同時，疊加的結(jié)果就會出現(xiàn)穩(wěn)定的特殊圖樣，即某些點兩列波引起的振動始終加強，某些點兩列波引起的振動始終減弱，并且加強點與減弱點相互間隔，這就是干涉現(xiàn)象.
由于對干涉現(xiàn)象的理解，需要一定的空間想象力圖，可借助圖片、計算機模擬，盡可能使學(xué)生形象、直觀地理解干涉現(xiàn)象.
教學(xué)目標(biāo)：
1.知道波的疊加原理.
2.知道什么是波的干涉現(xiàn)象和干涉圖樣.
3.知道干涉現(xiàn)象也是波特有的現(xiàn)象.
教學(xué)重點：波的疊加原理和波的干涉現(xiàn)象.
教學(xué)難點：波的干涉中加強點和減弱點的位移和振幅的區(qū)別.
教學(xué)方法：實驗法、電教法、訓(xùn)練法.
教學(xué)用具：實物投影儀、CAI課件、波的干涉實驗儀.
教學(xué)過程
一、引入
1.什么叫波的衍射？
2.產(chǎn)生明顯的衍射的條件是什么？
學(xué)生答：波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的衍射.
只有縫、孔的寬度和障礙物的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小時，才能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象.
教師：波的衍射研究的是一個波源發(fā)出波的情況，那么兩列或兩列以上的波在同一介質(zhì)中傳播，又會發(fā)生什么情況呢？
二、新課教學(xué)
(一)波的疊加原理
［設(shè)問］把兩塊石子在不同的地方投入池塘的水中，就有兩列波在水面上傳播，兩列波相遇時，會不會像兩個小球相碰時那樣，都改變原來的運動狀態(tài)呢？
［演示］取一根長繩，兩位同學(xué)在這根水平長繩的兩端分別向上抖動一下，學(xué)生觀察現(xiàn)象.
［學(xué)生敘述現(xiàn)象］
現(xiàn)象一：抖動一下后，看到有兩個凸起狀態(tài)在繩上相向傳播.
現(xiàn)象二：兩列波相遇后，彼此穿過，繼續(xù)傳播，波的形狀和傳播的情形跟相遇前一樣.
［教師］兩列波相遇后，每列波都像相遇前一樣，保持各自原來的波形，繼續(xù)向前傳播，這是波的獨立傳播特性.
［多媒體模擬繩波相遇前和相遇后的波形］
[教師]剛才，通過實驗，我們知道了兩列波在相遇前后，它們都保持各自的運動狀態(tài)，彼此都沒有受到影響，那么在兩列波相遇的區(qū)域里情況又如何呢？
[多媒體模擬繩波相遇區(qū)的情況]
［教師］在兩列波重疊的區(qū)域里，任何一個質(zhì)點同時參與兩個振動，其振動位移等于這兩列波分別引起的位移的矢量和.當(dāng)兩列波在同一直線上振動時，這兩種位移的矢量和簡化為代數(shù)和，這叫做波的疊加原理.
［強化訓(xùn)練］兩列振動方向相同和振動方向相反的波疊加，振幅如何變化？振動加強還是減弱？
學(xué)生討論后得到：兩列振動方向相同的波疊加，振動加強，振幅增大；兩列振動方向相反的波疊加，振動減弱，振幅減小.
(二)波的干涉
［實物投影演示］把兩根金屬絲固定在同一個振動片上，當(dāng)振動片振動時，兩根金屬絲周期性地觸動水面，形成兩個波源，觀察在兩列波相遇重疊的區(qū)域里出現(xiàn)的現(xiàn)象.
［教師說明］由于這兩列波是由同一個振動片引起的，所以這兩個波源的振動頻率和振動步調(diào)相同.
［學(xué)生敘述現(xiàn)象］在振動的水面上，出現(xiàn)了一條條從兩個波源中間伸展出來的相對平靜的區(qū)域和激烈振動的區(qū)域，這兩種區(qū)域在水面上的位置是固定的，而且相互隔開.
兩列頻率相同的水波相遇，會出現(xiàn)振動加強和振動減弱相互間隔的現(xiàn)象，形成穩(wěn)定的干涉圖樣。
干涉；頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強、某些區(qū)域的振動減弱，并且振動加強和振動減弱的區(qū)域互相間隔，這種現(xiàn)象叫波的干涉。
在干涉現(xiàn)象中形成的圖樣叫干涉圖樣。由于兩列波的頻率相同，振動加強處總是加強，振動減弱處總是減弱，所以出現(xiàn)了穩(wěn)定的干涉圖樣。
［用多媒體展示課本水波的干涉圖樣及波的干涉的示意圖］
［教師］為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？
結(jié)合課本圖10－30進行分析：?
對于圖中的a點：?
設(shè)波源S1、S2在質(zhì)點a引起的振幅分別為A1和A2，以圖中a點波峰與波峰相遇時刻計時，波源S1、S2分別引起a質(zhì)點的振動圖象如圖甲、乙所示，當(dāng)兩列波重疊后，質(zhì)點a同時參與兩個振動，合振動圖象如圖丙所示：
從圖中可看出：對于a點，在t=0時是兩列波的波峰和波峰相遇，經(jīng)過半個周期，就變成波谷和波谷相遇，也就是說：在a點，兩列波引起的振幅都等于兩列波的振幅之和，即a點始終是振動加強點.
說明的幾個問題：
1．從波源S1、S2發(fā)出的兩列波傳到振動加強的點a振動步調(diào)是一致的，引起質(zhì)點a的振動方向是一致的，振幅為A1＋A2.
2．振動加強的質(zhì)點a并不是始終處于波峰或波谷，它仍然在平衡位置附近振動，只是振幅最大，等于兩列波的振幅之和.
3．振動加強的條件：波峰與波峰或波谷與波谷相遇點是振動加強點。加強點與兩個波源的距離差：△r=r2-r1=kλ （k=0,±1，±2，±3……）
那么，振動減弱的點又是如何形成的呢?
以波源S1、S2分別將波峰、波谷傳給減弱點b時刻開始計時，波源S1、S2分別引起質(zhì)點b振動的圖象如圖甲、乙所示，當(dāng)兩列波重疊后，質(zhì)點a同時參與兩個振動，合振動圖象如圖丙所示：
在b點是兩列波的波峰和波谷相遇，經(jīng)過半個周期，就變成波谷和波峰相遇，在這一點兩列波引起的合振動始終是減弱的，質(zhì)點振動的振幅等于兩列波的振幅之差.?
說明的幾個問題：?
1．從波源S1、S2發(fā)出的兩列波傳到b點時引b的振動方向相反，振幅為A1－A2.
2．振動減弱的質(zhì)點b并不是一定不振動，只是振幅最小，等于兩列波的振幅之差.
3．振動減弱的條件：波峰與波谷相遇點是振動加強點。減弱點與兩個波源的距離差：△r=r2-r1=(2k+1)λ/2 （k=0,±1，±2，±3……）
[強化訓(xùn)練]
1.從一條弦線的兩端，各發(fā)生一如圖甲所示的橫脈沖，它們均沿弦線傳播，速度相等，傳播方向相反，在它們傳播的過程中，可能出現(xiàn)的脈沖波形是圖乙中的（ABD）
2．如上圖中s1和s2是兩個相干波源,以s1和s2為圓心的兩組同心圓弧分別表示在同一時刻兩列波的波峰和波谷,實線表示波峰,虛線表示波谷,a、b、c三點中,振動加強的點是 ,振動減弱的點是 ,再過 周期,振動加強的點是 ,振動減弱的點是 .
(三)產(chǎn)生波的干涉的條件
［對比投影演示實驗］
實驗一：在投影儀上放一個發(fā)波水槽，用同一振動片帶動兩個振針振動，觀察產(chǎn)生的現(xiàn)象.
實驗二：在投影儀上放一個發(fā)波水槽，用二個振針分別激起兩列水波，觀察發(fā)生的現(xiàn)象.?
［學(xué)生敘述現(xiàn)象］
現(xiàn)象一：看到了穩(wěn)定的干涉圖樣(實驗一)
現(xiàn)象二：實驗二中，得到的干涉圖樣是不穩(wěn)定的.
產(chǎn)生干涉的條件：兩列波的頻率相同。
說明：
1.干涉現(xiàn)象中那些總是振動加強的點或振動減弱的點是建立在兩個波源產(chǎn)生的頻率相同的前提條件下.
2.如果兩列頻率不同的波相疊加，得到的圖樣是不穩(wěn)定的；而波的干涉是指波疊加中的一個特例，即產(chǎn)生穩(wěn)定的疊加圖樣.
3.聲波的干涉.
4.一切波都能發(fā)生干涉，干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象。
［強化訓(xùn)練］
關(guān)于兩列波的穩(wěn)定干涉現(xiàn)象，下列說法正確的是（BD）
A.任意兩列波都能產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象
B.發(fā)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的兩列波，它們的頻率一定相同
C.在振動減弱的區(qū)域，各質(zhì)點都處于波谷
D.在振動加強的區(qū)域，有時質(zhì)點的位移等于零
兩列波疊加產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象是有條件的，不是任意兩列波都能產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的，兩列波疊加產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的一個必要條件是兩列波的頻率相同，所以選項A是錯誤的而選項B是正確的；在振動減弱的區(qū)域里，只是兩列波引起質(zhì)點的振動始終是減弱的，質(zhì)點振動的振幅等于兩列波的振幅之差，如果兩列波的振幅相同，質(zhì)點振動的振幅就等于零，也不可能各質(zhì)點都處于波谷，所以選項C是錯誤的.在振動加強的區(qū)域里，兩列波引起質(zhì)點的振動始終是加強的，質(zhì)點振動的最激烈，振動的振幅等于兩列波的振幅之和，但這些點始終是振動著的，因而有時質(zhì)點的位移等于零，所以選項D是正確的.所以本題應(yīng)選B、D.
強調(diào)：不論是振動加強點還是振動減弱點，位移仍隨時間做周期性變化.
三、小結(jié)
1.什么是波的獨立性？什么是波的疊加原理？
2.什么是波的干涉？產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件是什么？
四、板書設(shè)計
五、1.課本P18?第3題?2.課本 P18的做一做：觀察聲音的干涉現(xiàn)象.?
本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.douzifanli.com/gaoer/73453.html
相關(guān)閱讀：電勢差與電場強度